H_2S参与植物气孔运动调节与逆境响应过程研究进展

H_2S是近年来确认的植物气态信号分子,内源H_2S介导了乙烯和ABA等激素诱导气孔关闭的过程,参与植物对盐、干旱及重金属胁迫等多种非生物逆境的应答过程。H_2S与Ca~(2+)、H_2O_2和NO等信号分子相互作用调节气孔运动;外源H_2S通过调节抗氧化酶活性及其基因表达,促进脯氨酸等渗透调节物质积累,提高植物的抗逆性。就近年来有关植物体内H_2S的来源,其在气孔运动调控和胁迫应答中的作用及机制进行阐述。     

干旱胁迫下H_2S信号增强植物叶片的光合作用

干旱胁迫是影响农作物产量最重要的环境因素之一。硫化氢(H_2S)作为第三种气体信号分子在植物体内具有多样且积极的生理功能。目前已了解,H_2S在响应植物干旱胁迫应答以及增强植物光合作用的过程中发挥重要作用,但关于内源性H_2S对干旱胁迫下植物光合作用的调节机制未见报道。该研究以拟南芥哥伦比亚野生型(wild type Col-0,WT)、H_2S产生酶编码基因DES缺失突变体des以及H_2S产生酶编码基因DES过表达突变体OE-DES为实验材料,研究内源性H_2S对干旱胁迫下拟南芥光合作用的调节机制。研究结果显示,植株在正常生长条件下,内源性H_2S促使叶片净光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量显著升高;植株遭受干旱胁迫时,内源性H_2S可以显著上调Rubisco和Rubisco活化酶(Rubisco activase,RCA)的表达水平,保护叶绿体结构的完整性,促使叶片净光合速率显著上升,维持叶片相应的蒸腾速率,并且引起叶片气孔关闭和胞间CO_2浓度显著升高。     

硫化氢信号与其它信号交互作用调控植物的耐旱性

硫化氢(H_2S)是继一氧化碳(CO)和一氧化氮(NO)后植物体内发现的第三种气体信号分子,参与种子萌发、植物生长发育及耐逆性的获得等生理过程。干旱是限制作物产量的最主要的环境胁迫因子。近年来,H_2S也已被证实参与植物耐旱性的形成。结合最新的研究进展,在讨论H_2S信号与其它信号分子如活性氧(ROS)、NO、CO、脱落酸(ABA)、乙烯(ETH)、micro RNAs等交互作用的基础上,从气孔运动、渗透调节物质、抗氧化系统、甲基乙二醛脱毒系统、热激蛋白等方面,综述了H_2S诱导植物耐旱性形成的可能机理,并提出了未来的研究方向。进一步拓展了H_2S信号的生理功能和植物耐旱性形成的机理,对深入研究H_2S与植物耐逆性包括耐旱性的关系,具有重要的指导意义。     

干旱胁迫下拟南芥中H_2S与ABA信号关系研究

以野生型拟南芥(WT)、硫化氢(H_2S)合成酶缺失型突变体lcd、脱落酸(ABA)合成缺失型突变体aba1实生苗为材料,以0.3 mol·L^-1甘露醇模拟干旱胁迫,研究干旱胁迫对ABA含量、H_2S含量的影响,及其在拟南芥抵抗干旱胁迫中的作用及信号关系。结果显示:干旱胁迫显著提高LCD和ABA1基因相对表达以及H_2S含量,ABA含量;干旱胁迫显著抑制突变体lcd、aba1的种子萌发;干旱胁迫下,外施NaHS促进干旱胁迫下WT、lcd和aba1中內源H_2S的产生及上调LCD、ABA1基因相对表达,而外施ABA提高干旱胁迫下WT、aba1中H_2S含量及LCD、ABA1基因相对表达,但是对lcd中H_2S含量及LCD基因相对表达没有显著影响。研究结果表明,信号分子H_2S和ABA在拟南芥的干旱胁迫响应中发挥一定的作用,且H_2S位于ABA的下游参与调控拟南芥的信号过程。     

H_2S与Ca~(2+)互作提高黄瓜幼苗耐冷性

硫化氢(hydrogen sulfide,H_2S)是一种新型气体信号分子,钙离子(calcium,Ca~(2+))为重要的第二信使,两者在调控植物生长发育及多种逆境胁迫中分别起着重要作用。然而,H_2S和Ca~(2+)信号在调控植物耐冷性中的作用关系并不十分清楚。本研究针对以上问题以‘津优35号’黄瓜为试材进行研究,结果表明,低温胁迫可诱导H_2S信号的产生,且这种信号可被外源Ca~(2+)增强;低温胁迫可诱导Ca~(2+)信号转导相关基因CaM、CIPK5的mRNA表达,且外源H_2S能够上调低温下CaM、CIPK5的表达量;进一步研究发现,外源H_2S和Ca~(2+)可显著增强植株的抗氧化能力,减少活性氧积累,从而降低低温胁迫对黄瓜幼苗的损伤,且加入Ca~(2+)螯合剂乙二醇二乙醚二胺四乙酸(ethylene glycol tetraacetic acid,EGTA)或钙调素拮抗剂氯丙嗪(chlorpromazine,CPZ)后,H_2S对黄瓜幼苗抗氧化能力的促进效应明显减弱,同样的,H_2S清除剂次牛磺酸(hypotaurine,HT)也会降低Ca~(2+)的作用。以上结果表明H_2S与Ca~(2+)信号间存在着复杂的联系,而且他们可以通过相互作用调控黄瓜幼苗的抗氧化系统,从而增强植株耐冷性。     

水杨酸调控内源H_2S缓解黑大豆铝胁迫的作用机理研究

该研究以铝(Al)敏感型黑大豆(SB)根为实验材料,通过一系列生理生化和组织化学实验手段,探讨了水杨酸(SA)通过调控内源H_2S信号缓解铝胁迫的作用方式。结果表明:(1)AlCl_3处理黑大豆SB根系Al积累增加,AlCl_3与SA共处理能明显抑制Al在SB根系的累积,加入H_2S清除剂(HT)或H_2S合成抑制剂(PAG)后SB根系Al累积量增加。(2)SA使Al胁迫下黑大豆(SB)根内源H_2S水平增加1.5倍,并显著缓解Al胁迫导致的根生长抑制、活性氧(ROS)累积、氧化损伤和细胞死亡,共处理HT或PAG均能够显著降低内源H_2S水平,并可逆转上述所有SA对Al胁迫的缓解效应。(3)SA降低了Al胁迫下黑大豆(SB)根尖抗氧化酶CAT、SOD和APX活性,抑制SB根系细胞ROS的产生,用HT或PAG抑制H_2S信号可增强抗氧化酶活性。(4)在Al胁迫条件下,SA可进一步上调一系列耐Al基因的表达,包括外部解毒机制中的耐铝转录因子GmART1、柠檬酸合成酶基因GmCS、柠檬酸转运蛋白基因GmMATE,内部解毒机制中的苹果酸转运蛋白基因GmAlCT以及Al3+相关转运蛋白基因GmAlS1和GmNIP1;2,通过HT或PAG降低内源H_2S水平可逆转SA对上述基因表达的调控。(5)SA可提高Al胁迫下黑大豆(SB)根柠檬酸的分泌量,此效应亦可被HT或PAG抑制。研究发现,H_2S可作为SA的下游信号参与调控黑大豆(SB)响应Al胁迫的过程,为揭示植物Al耐受信号调控网络途径提供部分新的理论基础。     

植物重金属胁迫耐受机制

重金属是一类会对植物产生毒害作用的污染物,植物在长期进化过程中演变出耐受重金属胁迫的相关机制。以植物重金属耐受性为基础,对近几年来国内外植物响应重金属胁迫的耐受机制研究作一简要综述。主要概述了重金属对植物的胁迫影响及植物抗氧化系统,脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等渗透调节物质和不同类型基因家族等方面对植物耐受重金属胁迫机制的研究进展。以期为提高植物耐重金属胁迫能力及研究植物修复重金属污染土壤的应用奠定一定的基础。     

拟南芥中H_2S与PLDα1响应干旱胁迫的作用研究

以野生型拟南芥WT、PLDα1合成缺陷突变体pldα1-1以及L-半胱氨酸脱巯基酶(L-cysteine desulfyrase,L-CDes)合成缺陷突变体lcd-4幼苗为材料,以0.3 mol·L~(-1)甘露醇模拟干旱胁迫,研究磷脂酶Dα1(phospholipase Dα1,PLDα1)与气体信号分子硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)响应干旱胁迫的作用及可能存在的信号关系。结果显示:干旱胁迫下,野生型拟南芥的H_2S含量、PLD与L/D-CDes活性及其基因相对表达量均发生显著的变化。萌发率实验中,与WT相比,pldα1-1和lcd-4对干旱胁迫更加敏感,外施NaHS可以促进干旱胁迫下WT、pldα1-1以及lcd-4种子萌发及內源H_2S产生,而外施PA能提高干旱胁迫下WT、pldα1-1种子萌发率及H_2S含量,但对lcd-4萌发率及H_2S含量没有显著影响。研究结果表明,信号分子H_2S和PLDα1在拟南芥的干旱胁迫响应中发挥一定的作用,且H_2S可能位于PLDα1的下游参与调控拟南芥种子萌发的信号过程。     

植物苯丙烷代谢及其对重金属胁迫的响应研究进展

苯丙烷代谢途径是植物中最重要的次生代谢途径之一,在植物抵抗重金属胁迫中直接或间接发挥了抗氧化作用,并能够提高植物对重金属离子的吸收与胁迫耐性。本文就苯丙烷代谢途径核心反应与关键酶系进行了总结,同时分析了木质素、类黄酮及原花青素等关键代谢产物的生物合成过程及相关机制,并以此为基础探讨了苯丙烷代谢途径关键产物响应重金属胁迫的相关机制。此外,结合当前研究现状,就苯丙烷代谢参与植物防御重金属胁迫的相关研究提出展望,以期为重金属污染环境的植物修复提供理论依据。     

植物在重金属胁迫下响应机制的研究进展

随着重金属污染越来越严重,植物各种生理生化指标随之发生改变,但其机理研究甚少。研究不同重金属对植物的影响以及在植物中的遗传及表观遗传机制,对于人们认识植物对重金属的耐性以及重金属污染区的植物修复都有重要意义。本文总结了各种植物应对不同重金属时生理变化、酶代谢与表观遗传机制的变化,为植物在重金属胁迫下的响应机制研究提供了新的思路。     

植物中硫化氢和一氧化氮信号的交互作用

植物在整个生长、发育和响应环境胁迫过程中,涉及多种信号分子如钙(Ca2+)、活性氧(ROS)、硫化氢(H2S)和一氧化氮(NO)等的交互作用。近年来,H2S和NO都被认为是植物中重要的第二信使,参与种子的萌发、植物的生长与发育和对环境胁迫的响应和适应,并且在这些生理过程中,存在H2S和NO信号的交互作用。基于H2S和NO信号的最新研究进展,对H2S和NO信号在植物中的合成和分解代谢,以及它们在植物细胞中的动态平衡进行了讨论,并对植物中H2S和NO信号的交互作用,即二者的化学反应、作用于共同的靶分子、调节彼此代谢酶和其他信号途径等方面进行了归纳和总结。     

一氧化氮对植物重金属胁迫抗性的影响研究进展

一氧化氮(NO)作为一种重要的信号分子,在调节植物重金属胁迫抗性方面上起着非常重要的作用。综述了NO在植物体内的产生途径,重金属胁迫下植物体内内源NO含量的变化以及外源NO与内源NO对植物重金属胁迫抗性的影响。大量研究表明外源NO能够增强植物对重金属胁迫的抗性,一方面是通过增强植物细胞的抗氧化系统或直接清除活性氧,另一方面是通过影响植物对重金属的吸收以及重金属在植物细胞内的分布。然而内源NO在调节植物重金属胁迫抗性上的功能角色仍存在争议。有些研究表明内源NO是有益的,能够缓解重金属胁迫诱导的毒性;但是也有证据表明内源NO是有害的,能够通过促进植物对重金属的吸收以及对植物螯合素进行S-亚硝基化弱化其解毒功能,从而参与重金属诱导的毒害反应和细胞凋亡过程。     

镉毒害下植物氧化胁迫发生及其信号调控机制的研究进展

土壤重金属污染引发了一系列严峻的环境问题.其中,镉(Cd)是生物毒性最强的重金属元素之一.活性氧(ROS)过量积累引起的氧化胁迫,是Cd毒害植物的主要原因之一.本文围绕Cd胁迫引起的ROS积累及清除过程,重点阐述介导上述过程的一些信号调控物质包括一氧化氮(NO)、钙(Ca)、植物激素如生长素(IAA)和脱落酸(ABA)等及有丝分裂原活化蛋白激酶(MAPKs)的变化及其在缓解Cd诱导的氧化胁迫中的作用,以期为今后植物抗Cd胁迫生理生化机制的研究提供一定的理论依据.     

印度梨形孢-植物共生关系的建立及共生体对重金属胁迫的响应

重金属污染土壤的治理一直是全球热点问题,植物-微生物联合修复技术因其高效、经济和减少二次污染而被广泛关注.印度梨形孢是一种能够与植物共生的真菌,它能够通过与植物建立共生关系的方式来提高宿主植物的生长和耐胁迫能力.本文系统总结了印度梨形孢-植物体共生关系的建立过程,以及重金属胁迫下共生体的生长、光合作用、抗性生理指标、防御基因表达和对重金属富集等响应的研究进展,并针对研究现状提出了展望.文章对深入了解利用印度梨形孢与植物共生体对重金属污染土壤的修复提供了理论参考.     

植物耐重金属的分子生物学研究进展

重金属污染对我国经济发展、人身健康造成重大负面影响,已经成为当今研究热点。综述了近年来重金属对植物的毒害及植物耐性机制等方面的研究进展,主要包括金属对植物的生长发育影响,植物抵抗重金属毒害的防御方式及抵抗重金属胁迫的相关基因和蛋白等,旨在为该领域的相关研究提供资料和借鉴。     

H_2S与Ca~(2+)协同增强谷子对Cr~(6+)胁迫的耐受

继一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之后,第三种气体信号分子硫化氢(H2S)对植物体生长发育和环境胁迫应答的调控正在受到越来越多的关注。钙离子(Ca2+)是重要的第二信使,参与植物对多种胁迫的响应。该实验以谷子这种抗逆性较强的作物为材料,对其响应六价铬(Cr6+)胁迫过程中H2S和Ca2+信号的互作进行了研究。结果表明,Cr6+胁迫显著激活谷子幼苗的H2S产生系统,外源H2S预处理能明显降低Cr6+胁迫对谷子根尖细胞的损伤,而H2S的合成抑制剂羟胺(HA)预处理,使得Cr6+对谷子的毒害增强;进一步实验发现,H2S能激活Ca2+信号下游相关基因的表达,同时Ca2+能增强H2S的产生,表明在植物体内H2S和Ca2+信号存在复杂的联系。该研究也证明,H2S和Ca2+可以通过调节重金属离子转运蛋白增强谷子对Cr6+的耐受。     

miRNA在植物重金属胁迫应答中的作用

microRNA （miRNA）是一种新型的长度为20~24 nt的非编码RNA,通过对靶基因的表达调节进而参与调控植物体的多种生理代谢活动。重金属是一类重要的环境污染物,严重危害植物的生长发育,甚至导致植物死亡。植物在长期的进化过程中形成了抵御重金属胁迫的多种机制,如miRNA对特定基因转录后水平的调控就在逆境胁迫应答中发挥重要作用。本文综述了植物中参与重金属胁迫应答miRNA的种类及作用机制,为揭示重金属胁迫条件下基因表达调控机制,以及利用基因工程手段改良植物对重金属的耐受性提供了线索和依据。     

活性硅缓解植物重金属胁迫及其生物学机制研究进展

土壤重金属污染可抑制植物的正常生长并增加其在食物链传播的风险。硅是重要的植物营养元素, 可通过多种途径调节植物生理、生化和代谢功能, 在缓解植物的重金属胁迫及促进植物生长方面发挥重要作用。论文从活性硅促进组织结构发育、调节基因表达、增强抗氧化防御系统及建立重金属内部隔离等方面进行分析, 阐述活性硅缓解植物重金属胁迫的生物学机制。建议针对硅材料的施加方式、自然条件下硅缓解复合重金属污染胁迫机制、硅材料在土壤中的老化机理等方面, 系统开展长期田间实验, 以阐明活性硅缓解植物重金属胁迫作用机制并应用于农田土壤重金属修复。     

鄱阳湖-乐安河段湿地耐Cu、Zn、Pb植物促生菌的分离、筛选及鉴定

【背景】植物促生菌因其对植物生长促进及增强抗逆性等优点在植物-微生物联合修复重金属污染土壤中具有良好应用潜力。在污染土壤中,土著植物促生菌能够更好地定殖并保证促植物生长能力的发挥。【目的】从常年受上游多种重金属污染的鄱阳湖-乐安河段湿地分离出一批具有多种重金属抗性的优势土著植物促生菌,以期为植物-微生物联合修复重金属污染湿地提供一批优质的菌种资源。【方法】从乐安河流域戴村受重金属污染的湿地土壤及水体中分离具有Cu、Zn、Pb抗性菌株,测定菌株的促植物生长特性[产IAA(Indole acetic acid)、溶磷、产铁载体及ACC(1-Aminocyclopropane-1-carboxylic acid)脱氨酶活性],挑选促生特性较好的菌株进行16S r RNA基因序列分析鉴定,并测定菌株对其他胁迫条件(抗生素、酸碱、盐)的耐受能力。【结果】分离得到22株能够同时耐受Cu 50 mg/L、Zn 400 mg/L、Pb 800 mg/L的菌株,其中10株表现出较好的促植物生长特性,对其进行16S r RNA基因序列分析鉴定,有4株属于Ralstonia sp.,3株属于Burkholderia sp.,另3株则分别属于Cupriavidus sp.、Stenotrophomonas sp.和Novosphingobium sp.。基于这10株菌抗性特征的聚类分析及主成分分析,结果与系统发育树分析结果高度一致。【结论】耐受多种重金属的土著植物促生菌的分离鉴定为重金属污染土壤的植物-微生物联合原位修复提供良好的微生物资源。     

植物内生细菌修复重金属污染土壤作用机制研究进展

内生细菌生活在植物组织内部,长期以来与宿主植物形成了紧密的共生关系。内生细菌在重金属吸收、耐受和解毒方面具有优良的特性,为修复重金属污染土壤提供了有效的新方案。综述了内生细菌强化植物修复重金属污染土壤的作用机制,包括内生细菌通过产生植物生长调节激素,分泌ACC脱氨酶和几丁质酶等,促进宿主植物在重金属胁迫条件下的生长;通过改变重金属的生物有效性/毒性,减轻植物重金属毒害;通过与植物形成联合修复体,加强植物抗重金属毒性的能力。分析了近几年超富集植物内生细菌多样性及其影响因素,探讨了联合修复过程中影响内生细菌强化修复效果的主要因素,包括内生细菌的来源、活性和环境胁迫等各种生物因素和非生物因素,并对内生细菌与植物联合修复的研究方向进行展望,涉及内生细菌自身存活原因和如何耐受重金属的机制研究,植物内生细菌的行为动力学和代谢,以及内生细菌、植物及土壤之间的生态互作效应等,以期推动内生细菌大规模应用于植物修复重金属污染土壤。